Vad är en kosmetisk stråle med ultrahög energi?
Kosmiska strålar är subatomära partiklar som flyger genom rymden med stor hastighet i alla riktningar. Cirka 90% av dem är protoner, 9% är heliumkärnor och 1% är elektroner. Till skillnad från deras namn är kosmiska strålar energiska partiklar snarare än strålar i sig. På jorden kan vi upptäcka kosmiska strålar när de kolliderar med den övre atmosfären och släpper en dusch med laddade partiklar. Genom att observera hur intensiv partikelduschen är, kan vi dra slutsatsen om den kosmiska strålens energi och riktning.
En kosmisk stråle med mycket hög energi (UHECR) är en typ av kosmisk stråle med en anomalt hög energi. Det finns ingen officiell avgränsningsgräns som definierar en kosmisk stråle med extremt hög energi, men termen avser i allmänhet kosmiska strålar som närmar sig eller överskrider Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) -gränsen för kosmisk strålenergi. GZK-gränsen motsvarar en tröskelenergi på 6 x 10 19 elektronvolt, ungefär tio miljoner gånger mer energisk än partiklarna i de mest kraftfulla partikelacceleratorerna. Över denna gräns är det tänkt att kosmiska strålar interagerar med den kosmiska mikrovågsbakgrunden för att producera exotiska partiklar som kallas pioner, och därmed sänker deras energi till GZK-gränsen.
Men kosmiska strålar har observerats som överskrider GZK-gränsen. Detta är ett mysterium av fysik och kan vara ett antydande till fysiska teorier som lyckas med Einsteins, enligt respekterade fysiker som Lee Smolin. En sådan kosmisk stråle, observerad vid Dugway Proving Grounds i Utah och smeknamnet Oh-My-God-partikeln, hade en energi på cirka 3 x 10 20 elektronvolt. Detta motsvarar ungefär det med en välkastad baseboll - men här pratar vi om en partikel mindre än en typisk atomkärna. Det uppskattas att denna partikel rörde sig med ca 1 - 5 x 10-24 ljusets hastighet. Detta innebär att om den kosmiska strålen tävlade om en foton (ljuspartikel), efter ett helt år av resor, skulle den kosmiska strålen bara ligga 46 nanometer bakom den ursprungliga fotonen.
Sedan Oh-My-God-partikeln upptäcktes 1991 har minst femton liknande händelser registrerats, vilket bevisar att kosmiska strålar med extremt hög energi är ett verkligt fenomen. Eftersom sådana partiklar är så energiska är det osannolikt att de påverkas av galaxernas magnetfält, så att de troligen kommer att resa i en direkt linje från deras utgångspunkt. Men ingenting av intresse hittades i riktning mot himlen där den kosmiska strålen härstammade. Varför är det så? Vi vet inte.